JP2016170376A

JP2016170376A - 光偏向器

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Publication number: JP2016170376A
Application number: JP2015051862A
Authority: JP
Inventors: 健二郎藤本; Kenjiro Fujimoto
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2035-03-16
Also published as: EP3070508A1; JP6516516B2; US9575313B2; US20160274354A1

Abstract

【課題】ミラー部を搖動させた場合でも、ミラー部の変形を抑制するとともに、ミラー部とミラー部の裏面に形成されたリブとの間の剥離を抑制できる光偏向器を提供する。
【解決手段】光偏向器１は、ミラー部１０と、支持部２０と、ミラー部１０の回転軸線上でミラー部１０及び支持部２０と結合する一対のトーションバー３１Ａ，３１Ｂと、ミラー部１０の裏面１０Ｂに形成されたリブ５０とを備える。トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）は、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）から延出した一対の補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）を有する。リブ５０は、ミラー部１０の外縁から延出した一対のリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）を有し、一対のリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）は、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上に延出して結合するように形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光偏向器に関する。

プロジェクタ等においてレーザ光を走査するため、ミラー部を回転軸線回りに搖動させて、光源から入射した光をミラー部で反射させて出射するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型の光偏向器が知られている。

この種の光偏向器は、光を反射するミラー部と、ミラー部を支持する支持部と、ミラー部を通る回転軸上に形成され、各々の一端でミラー部を軸支する１対のトーションバーとを備え、ミラー部を回転軸線回りに揺動させることによりミラー部で反射した光を走査する。

上記光偏向器では、ミラー部がトーションバーを介して搖動可能に支持部に支持されているので、ミラー部を搖動させた場合、トーションバーに反力としての応力（トーションバーをねじる応力）が発生する。そして、当該応力はトーションバーからミラー部に伝達され、ミラー部に伝達した当該応力がミラー部を変形させ、レーザ光の走査精度を悪化させる原因になる。

そこで、ミラー部から延出した突出部分を備え、ミラー部の反射面と反対側の裏面及び突出部分の裏面にリブを形成することで、トーションバーが結合するミラー部の変形を抑制するように形成した光偏向器が知られている（例えば、特許文献１）。

国際公開２０１４／１２２７８１号

しかしながら、特許文献１の光偏向器では、質量を有するミラー部を搖動させた場合、反力としてトーションバーをねじる応力がトーションバー及びミラー部に発生する。そして、トーションバーが結合するミラー部の外縁領域に応力が集中し、当該外縁領域で変形を生じさせ、ミラー部の反射面全体の有効利用を阻害する可能性がある。

また、特許文献１の光偏向器は、ミラー部を搖動させ、ミラー部の外縁領域で変形を生じさせた場合、ミラー部とミラー部の裏面に形成されたリブとの間で剥離が生じる可能性がある。

本発明は、ミラー部を搖動させた場合でも、ミラー部の変形を抑制して、ミラー部の反射面全体の有効利用を図るとともに、ミラー部とミラー部の裏面に形成されたリブとの間の剥離を抑制できる光偏向器を提供することを目的とする。

本発明は、光を反射する反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を支持する支持部と、前記ミラー部が回転軸線の回りに搖動可能なように、前記回転軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記支持部と結合する一対のトーションバーと、前記ミラー部の前記反射面の反対側の面に形成されたリブとを備える光偏向器であって、前記一対のトーションバーの各々は、該トーションバーを挟んで互いに対向し、該トーションバーから延出した一対の補助部を有し、前記リブは、前記一対のトーションバーの各々に対して、前記トーションバーを挟んで互いに対向し、前記ミラー部の外縁から延出した一対のリブ延出部を有し、前記一対のリブ延出部の各々は、前記補助部上に延出して結合するように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、一対の補助部上に一対のリブ延出部が延出して結合するように形成されているので、ミラー部、リブ延出部、トーションバー及び補助部で囲まれる領域の剛性が高くなる。このため、ミラー部を搖動させた場合、トーションバーに発生したねじれの応力を緩和される領域（応力緩和領域）が、補助部が結合するトーションバーの部分、すなわちミラー部の外部に形成されるので、ミラー部の外縁領域に応力が集中するのを防止できる。

従って、本発明は、ミラー部を搖動させた場合でも、ミラー部の変形を抑制できるので、ミラー部に形成される反射面の面積を最大化でき、反射面全体の有効利用を図ることができる。この結果、反射面で反射した光の走査精度の向上、ひいては光により生成される映像の解像度の向上を図ることができる。さらに、本発明は、前記応力の集中を防止できるので、ミラー部とミラー部の裏面に形成されたリブとの間の剥離を抑制できる。

本発明において、前記リブは、円環状のリブ環状部と、前記リブ環状部を挟んで互いに対向し、前記回転軸線に対して対称で、前記一対のトーションバーの各々と前記ミラー部との結合部を囲むように湾曲する一対のリブ湾曲部とを有し、前記一対のリブ湾曲部の各々は、前記一対のリブ延出部を含むことが好ましい。

この構成によれば、リブ湾曲部が、ミラー部の回転軸線に対して対称で、トーションバー側に湾曲するので、湾曲するリブ湾曲部の凹面部分とミラー部との結合部分に生じる応力は他の凸面部分と比較して小さくなる。従って、ミラー部とリブ湾曲部の凹面部分との結合部分で生じ得る剥離を抑制できる。

また、本発明において、円環状のリブ環状部と一対のリブ湾曲部とを有することにより、ミラー部の変形を抑制でき、ミラー部の反射面の平坦性を維持でき、反射面の面積を最大化でき、反射面全体の有効利用を図ることができる。

さらに、前記一対のリブ延出部の各々は、前記トーションバー側に、湾曲するように前記補助部上に形成された凹部を有し、前記リブ延出部の前記凹部は、前記補助部が前記トーションバーから延出する方向の前記補助部上に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、リブ延出部の凹部は補助部がトーションバーから延出する方向の補助部上に形成されているので、湾曲するリブ延出部の凹部と補助部との結合部分に生じる応力が他のリブ延出部と補助部との結合部分と比較して小さくなる。従って、リブ延出部の凹部と補助部との結合部分で生じ得る剥離を抑制できる。

さらに、本発明において、前記補助部は、前記ミラー部と離間し、前記リブ延出部は、前記トーションバー側に開口し、前記ミラー部の外縁との結合部及び前記補助部の外縁との結合部が湾曲するように形成された窪部を有することが好ましい。

この構成によれば、リブ延出部の窪部内の２つの結合部に生じる応力が小さくなるので、ミラー部の外縁とリブ延出部の外縁との結合部、並びに、補助部の外縁とリブ延出部の外縁との結合部で生じ得る剥離を抑制できる。

本実施形態の光偏向器の概要図。図２Ａは本実施形態のミラー部とトーションバーとの結合部分を反射面側から見た拡大図、図２Ｂは当該結合部分を反射面の反対側の裏面側から見た拡大図。本実施形態のミラー部及びトーションバーを裏面側から見た簡略図及び側面簡略図。図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、他の実施形態のミラー部及びトーションバーを裏面側から見た図。本実施形態の光偏向器１を裏面から見た図（上段）、静止状態の光偏向器１のミラー部及びトーションバーのＹ軸断面図（中段）、ミラー部を搖動させた場合の光偏向器１のミラー部及びトーションバーのＹ軸断面図（下段）。比較例の光偏向器１’を裏面から見た図（上段）、静止状態の光偏向器１’のＹ軸断面図（中段）、ミラー部を搖動させた場合の光偏向器１’のミラー部及びトーションバーのＹ軸断面図（下段）。他の比較例の光偏向器１”を裏面から見た図（上段）、ミラー部及びトーションバーのＹ軸断面図（下段）。図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、補助部と応力緩和領域との関係を説明する図。図７Ａ〜図７Ｃはトーションバーのねじり応力とリブ延出部の形状との関係を説明する図。

図１及び図２を参照して、本実施形態の光偏向器１の構成を説明する。

光偏向器１は、図１に示されるように、光を反射する反射面１０Ａを有するミラー部１０と、ミラー部１０を一対のトーションバー３１Ａ，３１Ｂにより支持する環状矩形状の内枠部２０と、ミラー部１０を内枠部２０に対して一対のトーションバー３１Ａ，３１Ｂにより、第１回転軸線回り（Ｙ軸線回り）に搖動させる内側圧電アクチュエータ３６，３８と、内枠部２０を支持する外枠部３０と、内枠部２０を外枠部３０に対して第１回転軸線に直交する第２回転軸線回り（Ｘ軸線回り）に搖動させる外側圧電アクチュエータ４０，４２とを備え、２次元走査が可能な２軸型光偏向器である。

光偏向器１は、図示しない光源から照射された光を、Ｘ軸線回り及びＹ軸線回りに搖動可能なミラー部１０で反射し、走査する。

ミラー部１０は、Ｓｉ等により構成された円板状部材である。ミラー部１０には、ミラー部１０の縁部からＹ軸方向に互いに対向して延在し、一端部がミラー部１０と結合し、他端部が内枠部２０と結合する一対のトーションバー３１Ａ，３１Ｂが連結されている。

ミラー部１０は、金属蒸着法等により例えばＡｌ等の金属層が表面に形成された反射面１０Ａを前面に有する。反射面１０Ａに対して、図示しない光源からの光が入射され、入射光を反射面１０Ａにおいてミラー部１０の法線の向きに応じた反射角で反射して、走査光として出射する。

図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、ミラー部１０の反射面１０Ａの反対側の面１０Ｂには、Ｓｉ等で形成されたリブ５０が形成されている。リブ５０は、ミラー部１０の変形を防止し、反射面１０Ａの平坦性を維持する部材である。

内枠部２０は、ミラー部１０を包囲し、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれに対して線対称にＳｉ等で形成された略矩形状の枠部材からなる。内枠部２０には、ミラー部１０の外側でＹ軸方向両側に配設され、Ｙ軸に沿って延在する一対のトーションバー３１Ａ，３１Ｂが連結されている。

外枠部３０は、内枠部２０を包囲し、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれに対して線対称にＳｉ等で形成された略矩形状の枠部材からなる。外枠部３０の内側には、内枠部２０のＸ軸方向両端から外側に延びた、外側圧電アクチュエータ４０，４２が連結されている。

トーションバー３１Ａ，３１Ｂは、ミラー部１０が第１回転軸線回り（Ｙ軸線回り）に搖動可能なように、第１回転軸線上で、一端部がミラー部１０と結合し、他端部が内枠部２０と結合するように形成された部材である。

各トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）は、各トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）から両側に延出した補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）を有する。各トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）の補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）は、ミラー部１０から離間するように形成されている。

詳細は後述するが、リブ５０がミラー部１０の外縁から延出して形成されたリブ延出部５１Ａ，５１Ａ（５１Ｂ，５１Ｂ）が、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上に結合されている。

光偏向器１は、駆動信号を各圧電アクチュエータ３６，３８，４０，４２に個別独立に印加し、第１回転軸線及び第２回転軸線の回りにミラー部１０を搖動するように駆動信号を制御する制御装置（図示省略）を備える。制御装置は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、並びにＩ／Ｏ回路及びＡ／Ｄ回路等の電子回路等により構成される。

外側圧電アクチュエータ４０，４２はそれぞれ、４つの圧電カンチレバーがミアンダパターン配列で直列に結合されて構成されている。内側圧電アクチュエータ３６，３８及び外側圧電アクチュエータ４０，４２のＰＺＴ膜を有する積層体の部分は、同じ積層構造で構成されている。

各圧電カンチレバー４０Ａ〜４０Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄは、下層から順に、基板、層間絶縁膜、電極と接する薄膜の密着性を高めるための電極密着膜、下部電極、層間膜、ＰＺＴ膜、上部電極、電極密着膜、水分や金属イオンから配線や回路素子を保護するための機能を持つパッシベーション膜、導線部及び外層膜から構成された積層体を含む。

積層体の材料として、基板はＳｉ等、層間絶縁膜はＳｉＯ_２等、電極密着膜はＰｔ等、下部電極及び上部電極はＰｔ、ＰＺＴ膜の配向性を制御する層間膜はＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）、ＰＺＴ膜はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、パッシベーション膜はＳｉＯ_２、ＳｉＮ等、導線部はＡｌ等が挙げられる。外層膜の材料として、例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＴＥＯＳ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。

積層体は、基板の上に、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法等の公知の方法を用いて、下層から順に成膜することにより形成される。

尚、本実施形態では圧電アクチュエータ３６，３８，４０，４２を採用しているが、アクチュエータはこれに限定されず、ミラー部１０を回転軸線回りに搖動できれば、コイル及び磁石を備える電磁アクチュエータ等を用いることができる。

本実施形態のミラー部１０、内枠部２０、外枠部３０、補助部３２Ａ，３２Ｂを含むトーションバー３１Ａ，３１Ｂ、アクチュエータ３６，３８，４０，４２は、Ｓｉ等の基板から一体的に形成され、ミラー部１０とリブ５０、並びに、補助部３２Ａ，３２Ｂとリブ５０とは、ＳｉＯ_２等から構成される絶縁膜を介して結合されている。尚、ミラー部１０等の他に、リブ５０も、Ｓｉ等の基板から一体的に形成されてもよい。

次に、本実施形態の光偏向器１の作動について説明する。本実施形態の光偏向器１を用いた光の走査は、主走査方向（Ｘ軸方向）の高速走査、副走査方向（Ｙ軸方向）の低速走査によって実施される。

まず、内側圧電アクチュエータ３６，３８による第１回転軸線回り（Ｙ軸線回り）の揺動について説明する。光偏向器１では、内側圧電アクチュエータ３６，３８にそれぞれの電極間にそれぞれ第１の電圧、第２の電圧を印加して駆動させると、互いに逆方向に屈曲変形する。尚、第１の電圧と第２の電圧とは、互いに逆位相の交流電圧（例えば正弦波）とする。

内側圧電アクチュエータ３６，３８の屈曲変形により、トーションバー３１Ａ，３１Ｂにねじれ変位が生じて、ミラー部１０にトーションバー３１Ａ，３１Ｂを中心とした回転トルクが作用する。そして、ミラー部１０は、トーションバー３１Ａ，３１Ｂを回転軸として第１回転軸線回り（Ｙ軸線回り）に搖動する。従って、ミラー部１０を搖動させてＸ軸方向に所定周波数及び所定偏向角で光走査することができる。

このとき、内側圧電アクチュエータ３６，３８では、駆動電圧としてトーションバー３１Ａ，３１Ｂを含むミラー部１０の機械的な共振周波数付近の周波数の交流電圧を印加して共振駆動させることで、より大きな偏向角で光走査することができる。

次に、外側圧電アクチュエータ４０，４２による第２回転軸線回り（Ｘ軸線回り）の揺動について説明する。外側圧電アクチュエータ４０，４２は、例えば鋸波状の駆動電圧である第１電圧が、奇数番目の圧電カンチレバー４０Ａ、４０Ｃ（４２Ａ、４２Ｃ）に印加される。また、偶数番目の圧電カンチレバー４０Ｂ、４０Ｄ（４２Ｂ、４２Ｄ）に、第１の電圧とは逆位相の第２の電圧が印加される。

奇数番目の圧電カンチレバー４０Ａ、４０Ｃ（４２Ａ、４２Ｃ）を上方向に屈曲変位させた場合、偶数番目の圧電カンチレバー４０Ｂ、４０Ｄ（４２Ｂ、４２Ｄ）を奇数番目の圧電カンチレバー４０Ａ、４０Ｃ（４２Ａ、４２Ｃ）と逆方向の下方向に屈曲変位させることができる。また、奇数番目の圧電カンチレバー４０Ａ、４０Ｃ（４２Ａ、４２Ｃ）を下方向に屈曲変位させた場合、偶数番目の圧電カンチレバー４０Ｂ、４０Ｄ（４２Ｂ、４２Ｄ）を上方向に屈曲変位させることができる。従って、ミラー部１０を支持する内枠部２０を第２回転軸線回り（Ｘ軸線回り）に搖動させることができる。

上記の通り、ミラー部１０を回転軸線回りに搖動させた場合、トーションバー３１Ａ，３１Ｂにねじれの応力が加えられる。そこで、本実施形態の光偏向器１のミラー部１０の裏面１０Ｂには、ミラー部１０の変形を抑制するために、リブ５０が形成されている。

本実施形態のリブ５０について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態のリブ５０を説明するための、ミラー部１０及びトーションバー３１Ａ，３１Ｂの簡略図である。図３では左側にミラー部１０及びトーションバー３１Ａ，３１Ｂを裏面１０Ｂ側から見た簡略図、右側にミラー部１０及びトーションバー３１Ａ，３１Ｂの側面簡略図が示されている。

図３に示されるように、リブ５０は、円環状のリブ環状部５２と、リブ環状部５２を挟んで互いに対向し、回転軸線（Ｙ軸線）に対して対称で、トーションバー３１Ａ，３１Ｂの各々とミラー部１０との結合部を囲むように湾曲（凹湾曲）する一対のリブ湾曲部５４Ａ，５４Ｂとを有する。尚、リブ環状部５２の形状は、円環状に限定されず、例えば楕円状に形成してもよい。

リブ湾曲部５４Ａ（５４Ｂ）には、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）に対して、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）を挟んで互いに対向し、ミラー部１０の外縁から延出した一対のリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）が両端部に形成されている。

一対のリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）の各々は、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上に延出して結合するように形成されている。図３の右図に示されるように、例えばＳｉから構成されるリブ５０、ミラー部１０及びトーションバー３１Ａ，３１Ｂにおいて、リブ５０は、ミラー部１０及びトーションバー３１Ａ，３１Ｂに対して、ＳｉＯ_２等から構成される絶縁層６０を介して結合される。

尚、リブの形状は、図３に示された、円環状のリブ環状部５２と、湾曲する一対のリブ湾曲部５４Ａ，５４Ｂとに限定されない。例えば、ミラー部１０を搖動させた場合にミラー部１０の変形を抑制できることを条件に、一対のリブ延出部の各々は、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上に延出して結合するように形成されていれば、リブの形状を、２本の直線状のリブ５０’，５０’（図４Ａ参照）、井桁状のリブ５０”（図４Ｂ参照）等に形成してもよい。

次に、ミラー部１０を搖動させた場合において、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）の補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）及びリブ湾曲部５４Ａ（５４Ｂ）の効果について図５〜図６を用いて説明する。図５は、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）の有無により、ミラー部１０を搖動させた場合における、図１のＸ軸及びＹ軸に直交する方向への変位に与える影響を説明する図である。

詳細には、図５Ａは、本実施形態の光偏向器１、すなわち、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）及びリブ湾曲部５４Ａ（５４Ｂ）がある場合の光偏向器１を裏面から見た図（上段）、静止状態、すなわち、ミラー部１０を搖動させる前の光偏向器１のミラー部１０及びトーションバー３１Ａ，３１ＢのＹ軸断面図（中段）、及び、ミラー部１０を搖動させた場合の光偏向器１のミラー部１０及びトーションバー３１Ａ，３１ＢのＹ軸断面図（下段）を示している。

図５Ｂは、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）及びリブ湾曲部５４Ａ（５４Ｂ）が形成されていない比較例の光偏向器１’を裏面から見た図（上段）、静止状態、すなわち、ミラー部１０を搖動させる前の光偏向器１’のＹ軸断面図（中段）、及び、ミラー部１０を搖動させた場合の光偏向器１’のミラー部１０及びトーションバー３１Ａ’，３１Ｂ’のＹ軸断面図（下段）を示している。

図５Ｃは、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）が形成されず、ミラー部１０の外縁から突出した突出部１２Ａ，１２Ａ（１２Ｂ，１２Ｂ）上にリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）が結合するように形成された他の比較例の光偏向器１”を裏面から見た図（上段）、及び、ミラー部１０を搖動させた場合の光偏向器１”のミラー部１０及びトーションバー３１Ａ”，３１Ｂ”のＹ軸断面図（下段）を示している。

図６Ａは本実施形態の光偏向器１（図５Ａ参照）の応力緩和領域７０を説明する図、図６Ｂは他の比較例の光偏向器１”（図５Ｃ参照）の応力緩和領域７０’を説明する図である。

図５Ａに示されるように、ミラー部１０を回転軸線回りに搖動させた場合、Ｙ軸に沿って、ミラー部１０の外縁から補助部３２Ａ（３２Ｂ）までの領域以外のトーションバー３１Ａ（３１Ｂ）が変形するのに対して、ミラー部１０の領域を含む補助部３２Ａから補助部３２Ｂまでの領域は変形しないことがわかる。従って、ミラー部１０の前面全体を反射面１０Ａとして利用でき、さらに反射面１０Ａ全体の有効利用を図ることができる。

一方、図５Ｂに示されるように、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）及びリブ湾曲部５４Ａ（５４Ｂ）が形成されていない光偏向器１’のミラー部１０を回転軸線回りに搖動させた場合、リブ環状部５２及びその内側のミラー部１０の変形を抑制できる。しかしながら、リブ環状部５２より外側のミラー部１０の領域は、変形することがわかる。

本実施形態の光偏向器１では、リブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）が補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上に延出して結合するように形成されている。そのため、ミラー部１０、リブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）及び補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）により囲まれる領域の剛性は、リブ延出部及び補助部が形成されていない比較例の光偏向器１’のミラー部１０の外縁の領域の剛性と比較して高くなるからである。

さらに、図５Ｃに示されるように、ミラー部１０の外縁から突出した突出部１２Ａ，１２Ａ（１２Ｂ，１２Ｂ）上にリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）が結合するように形成された他の比較例の光偏向器１”のミラー部１０を回転軸線回りに搖動させた場合、リブ環状部５２及びその内側のミラー部１０の領域の変形を抑制できる。しかしながら、図５Ｃに示されるように、リブ環状部５２より外側のミラー部１０の領域は、変形することがわかる。

本実施形態の光偏向器１では、ミラー部１０、リブ延出部５４Ａ，５４Ａ（５４Ｂ，５４Ｂ）、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）及び補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）により囲まれる領域は剛性が高い。

そのため、図６Ａに示されるように、ミラー部１０を搖動させた場合、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）に発生したねじれの応力を緩和される領域（応力緩和領域７０Ａ（７０Ｂ））が、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）が結合するトーションバー３１Ａ（３１Ｂ）の部分、すなわちミラー部１０の外部に形成される。その結果、本実施形態の光偏向器１は、ミラー部１０に当該応力が集中するのを防止でき、Ｙ軸に沿って、ミラー部１０の領域を含む補助部３２Ａから補助部３２Ｂまでの領域の変形を抑制する。

これに対して、図６Ｂに示されるように、他の比較例の光偏向器１”のミラー部１０を回転軸線回りに搖動させた場合、ミラー部１０とリブ湾曲部５４Ａ（５４Ｂ）との結合部分と、ミラー部１０のトーションバー３１Ａ”（３１Ｂ”）側の外縁とにより囲まれた領域に、応力緩和領域７０’が形成される。その結果、他の比較例の光偏向器１”は、ミラー部１０にまで当該応力が伝達されるので、当該応力によりミラー部１０の外縁領域は変形する。

また、本実施形態の光偏向器１のリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）として、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）の各々とミラー部１０との結合部を囲むように湾曲するように補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上に凹部５８Ａ，５８Ａ（５８Ｂ，５８Ｂ）を形成するとともに、凹部５８Ａ，５８Ａ（５８Ｂ，５８Ｂ）は、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）がトーションバー３１Ａ（３１Ｂ）から延出する方向の補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上に形成されるようにしてもよい。

ミラー部１０を搖動させた場合、図７Ａに示した矢印Ａのように、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）のねじれの応力が、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）を介して補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）上で結合したリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）に伝達される。

そのため、凹部５８Ａ，５８Ａ（５８Ｂ，５８Ｂ）により、リブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）の凹部５８Ａ，５８Ａ（５８Ｂ，５８Ｂ）と補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）との結合部分が湾曲（凹湾曲）するように形成されているので、凸湾曲していた場合と比較して、当該結合部分に生じる応力を低減させ得る。従って、リブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）の凹部５８Ａ，５８Ａ（５８Ｂ，５８Ｂ）と補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）との結合部分で生じ得る剥離を抑制できる。

また、本実施形態において、リブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）は、トーションバー３１Ａ，３１Ｂ側に開口し、ミラー部１０の外縁との結合部８０及び補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）の外縁との結合部８２が湾曲して形成された窪部５９Ａ，５９Ａ（５９Ｂ，５９Ｂ）を有するように形成されてもよい。

ミラー部１０を搖動させた場合、図７Ｂに示した矢印Ｂのように、トーションバー３１Ａ（３１Ｂ）のねじれの応力の一部が補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）の外縁に伝達され、補助部３２Ａ，３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｂ）の外縁とリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）の外縁とのトーションバー３１Ａ（３１Ｂ）側の結合部８０に応力が集中する。

また、例えば、図７Ｂに示した矢印Ｃにように、ねじれの応力の一部がミラー部１０の外縁に伝達された場合、ミラー部１０の外縁とリブ延出部５６Ａ，５６Ａ（５６Ｂ，５６Ｂ）の外縁とのトーションバー３１Ａ（３１Ｂ）側の結合部８２に応力が集中する。

図７Ｂの破線の円で囲まれた領域Ｄの拡大図である図７Ｃに示されるように、結合部８０，８２が湾曲するように形成された窪部５９Ａ，５９Ａ（５９Ｂ，５９Ｂ）を有することにより、窪部５９Ａ，５９Ａ（５９Ｂ，５９Ｂ）内部の結合部８０，８２に生じる応力が、凹湾曲状に形成されない場合と比較して低減され、結合部８０，８２で生じ得る剥離を抑制できる。

尚、上述した本実施形態の光偏向器１は、例えば、プロジェクタ、レーザプリンタ、レーザーヘッドランプ、ヘッドアップディスプレイ等の光走査装置に用いることができる。

１…光偏向器、１０…ミラー部、２０…内枠部（支持部）、３０…外枠部、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ａ”，３１Ｂ”…トーションバー、３２Ａ，３２Ｂ…補助部，３６，３８…内側圧電アクチュエータ、４０，４０Ａ〜４０Ｄ…外側圧電アクチュエータ、４２，４２Ａ〜４２Ｄ…外側圧電アクチュエータ，５０，５０’，５０”…リブ，５２…リブ環状部，５４Ａ，５４Ｂ…リブ湾曲部、５６Ａ，５６Ｂ…リブ延出部、５８Ａ，５８Ｂ…凹部、５９Ａ，５９Ｂ…窪部、６０…絶縁層、７０，７０’…応力緩和領域、８０…補助部３２Ａ（３２Ｂ）の外縁とリブ延出部５６Ａ（５６Ｂ）の外縁とのの結合部、８２…ミラー部１０の外縁とリブ延出部５６Ａ（５６Ｂ）の外縁との結合部。

Claims

光を反射する反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部を支持する支持部と、
前記ミラー部が回転軸線の回りに搖動可能なように、前記回転軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記支持部と結合する一対のトーションバーと、
前記ミラー部の前記反射面の反対側の面に形成されたリブとを備え、
前記一対のトーションバーの各々は、該トーションバーを挟んで互いに対向し、該トーションバーから延出した一対の補助部を有し、
前記リブは、前記一対のトーションバーの各々に対して、前記トーションバーを挟んで互いに対向し、前記ミラー部の外縁から延出した一対のリブ延出部を有し、
前記一対のリブ延出部の各々は、前記補助部上に延出して結合するように形成されていることを特徴とする光偏向器。
請求項１記載の光偏向器であって、
前記リブは、円環状のリブ環状部と、前記リブ環状部を挟んで互いに対向し、前記回転軸線に対して対称で、前記一対のトーションバーの各々と前記ミラー部との結合部を囲むように湾曲する一対のリブ湾曲部とを有し、
前記一対のリブ湾曲部の各々は、前記一対のリブ延出部を含むことを特徴とする光偏向器。
請求項１又は２記載の光偏向器であって、
前記一対のリブ延出部の各々は、前記トーションバー側に凹部を形成するように前記補助部上に形成され、
前記凹部は、前記補助部が前記トーションバーから延出する方向の前記補助部上に形成されていることを特徴とする光偏向器。
請求項１〜３のいずれか一項記載の光偏向器であって、
前記補助部は、前記ミラー部と離間し、
前記リブ延出部は、前記トーションバー側に、前記ミラー部の外縁との結合部及び前記補助部との結合部が湾曲して形成した窪部を有することを特徴とする光偏向器。